L’excitabilité neuronale peut être modulée par un processus dynamique d’endo – et exocytose des récepteurs du glutamate ionotropiques excitateurs. Décrit ici, est un test accessible, à haute teneur pour quantifier les pools de population de récepteurs de surface et interne.
Le trafic des récepteurs vers et depuis la surface de la cellule postsynaptique est un mécanisme important par lequel les neurones modulent leur réactivité aux stimuli différents. Les récepteurs (AMPA) acides α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic, qui sont responsables de la transmission synaptique excitatrice rapide dans les neurones, sont victimes de trafic vers et à partir de la surface postsynaptique de modifier dynamiquement l’excitabilité neuronale. Traite des récepteurs AMPA est essentielle pour la plasticité synaptique et peut être perturbée dans la maladie neurologique. Cependant, approches courantes pour quantifier le récepteur trafic ignorent piscines tout récepteur, sont trop de temps – et beaucoup de travail, ou potentiellement perturber les mécanismes normaux de trafic et donc compliquer l’interprétation des données obtenues. Nous présentons une analyse de haute teneur pour la quantification des populations de récepteurs AMPA surfaces tant internes en culture primaires neurones de l’hippocampe à l’aide de double immunomarquage fluorescent et un scanner infrarouge fluorescent microplaque 96 puits. Cette approche facilite la projection rapide de produits en vrac intériorisé et densités de récepteurs de surface tout en minimisant le matériau de l’échantillon. Cependant, notre méthode a des limites pour obtenir la résolution unicellulaire ou effectuer l’imagerie de cellules vivantes. Enfin, ce protocole peut être se prêtent à d’autres récepteurs et les différents types de cellules, fournis l’optimisation et les ajustements appropriés.
L’ampleur et la dynamique temporelle de l’excitabilité neuronale est largement tributaire de la disponibilité et la composition de la population de récepteurs superficiels qui transduce signaux électrochimiques. Alors que la synthèse de nouveaux récepteurs (ou sous-unités du récepteur) est généralement un processus cher en énergie et relativement prolongé, une foule de machinerie cellulaire dédié à l’endo – et exocytose des récepteurs existants de fournir un moyen pour leur insertion rapide et l’enlèvement d’et vers la membrane1. En plus de la transcription et translationnelle régulation négative des récepteurs, récepteurs post-traductionnelle traite est donc un important modulateur de l’excitabilité neuronale.
La plasticité synaptique, ou la force changeante de connexions entre les neurones avec expérience, est censée constituer la base de l’apprentissage et la mémoire2,3. Le renforcement et l’affaiblissement des synapses au fil du temps, appelés potentialisation à long terme (LTP) et dépression à long terme (DLT), respectivement, peuvent être modulées par le trafic des récepteurs de l’acide α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic (AMPA) 4 , 5. récepteurs AMPA sont heterotetramers composé de quatre sous-unités (GluA1-4) et agir comme médiateur de la majorité de la transmission synaptique excitatrice rapide dans le cerveau de6. Ainsi, excitabilité du neurone est en grande partie fonction de la quantité de récepteurs d’AMPA à la surface postsynaptique disponible pour être activés par le glutamate. LTD est souvent associée à une augmentation dans l’endocytose de récepteurs AMPA, tandis que LTP est principalement associée à une augmentation de l’exocytose du récepteur AMPA. Postsynaptique expression en surface des récepteurs AMPA nécessite endosomale livraison aux protéines exocytotique, où la fusion avec la membrane plasmique puis se produit dans une manière dépendante du calcium7,8,9, 10 , 11 , 12 , 13 , 14. il existe également une multitude de mécanismes qui régulent l’endocytose de récepteurs AMPA activité dépendante. Un exemple de ceci se fait par le gène précoce immédiat Arc/Arg3.1 (Arc). Parmi les autres fonctions15, Arc est connu à la médiation metabotropic récepteurs de glutamate (mGluR)-dépendante LTD en promouvant l’endocytose du récepteur AMPA grâce à ses partenaires de liaison, qui incluent l’endocytose protéines AP-2 et endophiline-3 dynamine-2 16 , 17 , 18 , 19, à enrobées de clathrine fosses20,21. Des récepteurs AMPA intériorisées peuvent soit être recyclés vers la membrane plasmique ou encore affectés à dégradation22,23.
Ce qui est important, la composition des sous-unités des récepteurs AMPA contribue à leur trafic dynamique24. Intérêt majeur est le domaine de C-terminale intracellulaire des sous-unités, où la majorité des modifications post-traductionnelles et interactions entre les protéines liées à la traite se produire. GluA1 et GluA4 contenant des sous-unités des récepteurs AMPA sont particulièrement susceptibles aux victimes de la traite à la surface de la cellule au cours de LTP, en partie due à la présence de leurs ligands PDZ, ~ 90 des séquences d’acides aminés qui favorisent la membrane ancrage via des interactions avec divers PDZ domaine contenant protéines25,26. En revanche, des récepteurs AMPA contenant GluA2 et manquant de GluA1 ou GluA4 ont tendance à être victimes de traite constitutivement mais s’accumulent dans les cellules avec l’activité synaptique27. GluA2 sous-unités subissent RNA édition qui, en plus de favoriser le maintien dans le réticulum endoplasmique28, rend le pore du canal imperméable au calcium29, impliquant davantage sous-unité spécifique traite comme un médiateur clé des neurones l’homéostasie et la plasticité. Fait intéressant, perturbation de dégradation ubiquitine dépendante de l’Arc s’est avérée augmenter l’endocytose de GluA1 et l’expression en surface des GluA2 contenant des sous-unités des récepteurs AMPA après induction de mGluR-LTD avec le sélectif agoniste de mGluR du groupe I (S) – 3, 5 – Dihydroxyphenylglycine (DHPG), ce qui indique qu’il reste beaucoup à apprendre sur les mécanismes et le rôle de la sous-unité spécifique AMPA récepteur trafic30.
Méthodes pour l’observation des changements dans l’expression des récepteurs à la surface sont souvent lourde et longue, ou d’introduire des inutiles confond. Biotine analyses sont une approche généralisée et disponible dans le commerce. Purification d’affinité des récepteurs de surface biotinylé représente un bon exemple, mais la nécessité d’exécuter l’électrophorèse nécessite une grande quantité d’échantillons et peut rendre l’examen préalable des traitements multiples une trop longue processus de31. Les extensions de ce test, où plusieurs points dans le temps de l’étiquetage et l’immunoprécipitation sont effectuées pour quantifier la dégradation progressive d’un signal initial, de même négligent l’ajout de nouveaux — ou recyclés — exacerbent les récepteurs de la cellule de surface et seulement le temps et les matériaux requis.
Autres approches font usage de constructions chimériques ou l’ajout de balises fluorescentes pour observer le récepteur trafic32, parfois à l’aide de direct cellulaire d’imagerie33,,34. Alors que potentiellement puissant, ces dessins peuvent affecter la structure de trafic normale des récepteurs causés par des mutations ou des changements spectaculaires dans le poids moléculaire introduit dans ces protéines. L’utilisation de colorants que les compartiments subcellulaires étiquette en ciblant un pH faible34,35 sont non spécifiques et faire la distinction entre les différents compartiments intracellulaires importants pour récepteur trafic (par exemple. lysosomes et protéasomes) difficile. Enfin, l’utilisation de la microscopie confocale à visualiser la co-localisation des récepteurs avec marqueurs liés à la traite et de la dégradation, comme les protéines d’endosomale ou clathrine, tout en fournissant éventuellement des observations utiles sur la localisation spécifique avec résolution subcellulaire, sont temps, fastidieuse et coûteuse en raison de la nécessité d’analyser individuellement chaque cellule et l’exigence de confocale ou microscopie super-résolution.
Ici, nous démontrons un essai de trafic haute teneur du récepteur qui est compatible avec les cultures primaires de neurones préparations30. Cette méthode étiquettes séparément les bassins récepteurs intracellulaires et surface des neurones fixes, ce qui permet la présentation des données comme un ratio de surface normalisée ou la densité des récepteurs intériorisée à la densité globale pour ce récepteur. La nature de la forte teneur de cette méthode est idéale pour contrôler de multiples traitements et/ou des génotypes dans un court laps de temps et nécessite une expertise de cellule standard uniquement cultivant et anticorps d’incubation.
Brièvement, neurones primaires sont cultivés en standard microplaque 96 puits et puis traitées dans les limites de conception expérimentale, incubées avec l’anticorps primaires, lavés et fixe. Les cellules sont ensuite incubées avec un anticorps secondaire d’étiqueter des récepteurs de surface, suivies d’une autre étape de fixation. Perméabilisation puis se produit et un second anticorps secondaire est utilisé pour étiqueter des bassins récepteurs internes. Enfin, les cellules sont imagés à l’aide d’un scanner infrarouge microplaque fluorescent pour quantifier la densité intégrée de chaque population de récepteurs. La figure 1 résume notre essai de la forte teneur en comparaison avec un dosage biotinylation traditionnels.
Tandis que le protocole proposé ici est spécifique pour les récepteurs AMPA traite des cultures primaires de neurones hippocampiques et optimisée, cette procédure pourrait, en théorie, être étendue et adaptée aux différents récepteurs dans une variété de types de cellules.
Les récepteurs AMPA sont un sous-type de récepteur de glutamate ionotropiques qui fait partie intégrante des fonctions neuronales qui comprennent la formation des synapses, la stabilité de la synapse et la plasticité synaptique. Perturbation des récepteurs AMPA est liée à plusieurs troubles neurologiques24 et sont considérés comme des cibles de drogue attrayante40. Par exemple, des études ont montré que l’un des premiers signes de la maladie d’Alzheimer (ma) est la perte de la synapse et réduit synaptique AMPA receptor niveaux41,,42. Curieusement, ajout d’oligomères de ß-amyloïde altère surface expression des récepteurs AMPA contenant du GluA1 à synapses43. En outre, état de mal épileptique bas-régule GluA2 ARNm et protéines dans les neurones de l’hippocampe précédant leur mort44. Dans la sclérose latérale amyotrophique (SLA), pathologie de TAR DNA-binding protein (TDP-43), une anomalie moléculaire spécifique ALS, a été lié à inefficace GluA2 Q/R site-ARN édition45.
L’analyse traite de récepteurs AMPA haute teneur constitue un moyen efficace pour mesurer les modifications en bloc dans les profils de trafic du récepteur au sein d’un réseau neuronal en réponse à divers facteurs, consommant beaucoup moins de temps et des matériaux que des méthodes alternatives. Une microplaque 96 puits unique fournit de nombreux puits pour exécuter plusieurs techniques réplique et des contrôles pour des conditions expérimentales différentes dans la même assiette. La densité faible bordé de 2 x 104 cellules/puits par rapport à la densité de cellules/puits de 5 x 105 réduit considérablement le nombre d’animaux et de matériel requis pour chaque expérience (Figure 1). Le scanner infrarouge peut à la fois l’image jusqu’à six microplaque 96 puits. Le dosage peut également être modifié pour une microplaque 384 puits46, qui devient particulièrement utile si l’essai est exécuté sur des échantillons précieux qui sont difficiles à obtenir ou qui sont chers à la culture (p. ex. des échantillons et les cellules souches pluripotentes induites). Le test complet peut être rempli et analysé le jour même, ce qui permet d’économiser un temps précieux (Figure 1).
Achèvement réussi et efficace de l’essai, certains points doivent être considérés. Tout d’abord, il est important de préparer la solution de la DHPG le jour même du traitement de neurone. Ne pas réutiliser ou geler les stocks DHPG. Le saccharose de paraformaldehyde/4% de 4 % dans une solution de PBS convient également frais le jour même de l’expérience. Deuxièmement, puits témoins traitement avec TTX uniquement, ou le véhicule sont tenus de veiller à ce que les effets observés sont spécifiques au traitement. Il est également important d’inclure les puits traités avec seulement l’anticorps secondaires au contrôle pour la fluorescence de fond produit par non-spécifiques. Notez que la deuxième étape de fixation (suivant affouillement des anticorps secondaires) est la clé pour réduire les effets de fond anticorps secondaire et réaliser un étiquetage efficace des sous-unités du récepteur.
Compromis et limitations, comme avec n’importe quelle méthode, existent. Ce test ne fournit pas de résolution unicellulaire (ou subcellulaire) et ne permet pas de suivi en temps réel du récepteur trafic comme autres méthodes32,33,35. En outre, bon il faut pendant l’étape de la perméabilisation de neurones, car cette méthode sera sensible à la fuite des composants intracellulaires dans le cas de la perméabilisation excessive.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions Zachary Allen pour l’assistance technique. Ce travail a été soutenu par la fondation de Whitehall (Grant 2017-05-35) et Cléon C. Arrington recherche Initiation programme de subventions (RIG-93) pour M.A.G. a.m.M. et D.W.Y. tous deux appuyés par une bourse de 2CI Georgia State University Neurogénomique.
Mouse monoclonal (RH95) anti-GluA1 N-terminal | EMD Millipore | Cat#MAB2263MI, RRID: AB_11212678, LOT#2869732 | |
Mouse monoclonal (6C4) anti-GluA2 | ThermoFisher Scientific | Cat#32-0300, RRID: AB_2533058, LOT#TE268315 | |
IRDye 680RD Goat anti-Mouse IgG (H+L) | Li-COR Biosciences | Cat# 926-68070, RRID: AB_10956588, LOT#C60107-03 | |
IRDye 800CW Donkey anti-Mouse IgG (H+L) | Li-COR Biosciences | Cat# 926-32212, RRID: AB_621847, LOT#C60524-15 | |
(RS)-3,5-DHPG | Tocris Bio-Techne | Cat#0342 | |
Tetrodotoxin Citrate (TTX) | Tocris Bio-Techne | Cat#1069 | |
Poly-D-Lysine Hydrobromide (PDL) | Sigma-Aldrich | Cat#P7280-5X5MG | |
Saponin | ACROS Organics | Cat# 419231000 | |
B-27 Supplement (50 X), Serum Free | Gibco | Cat#17504044 | |
Glutamax Supplement | Gibco | Cat#35050061 | |
5-Fluoro-2′-deoxyuridine (FUDR) | Sigma-Aldrich | Cat#F0503 | |
Gentamycin (10 mg/ml) | Gibco | Cat#15710064 | |
Paraformaldehyde, EM Grade, Purified | Electron Microscopy Sciences | Cat#19210 | |
Sucrose (EP/BP/NF) | FisherScientific | Cat#S2500GM | |
Odyssey Blocking Buffer (TBS) | Li-COR | Cat#927-50003 | Refered to as "Blocking Buffer" in the protocol |
Cell Culture Grade Water | HyClone | Cat#SH30529.02 | |
DPBS, no calcium, no magnesium | Gibco | Cat#14190250 | |
Neurobasal Medium, minus phenol red | Gibco | Cat#12348017 | Referred to as "neuronal Media" in the protocol |
28 mm Diameter Syringe Filters, 0.2 µm Pore SFCA Membrane, Sterile | Corning | Cat#431219 | |
96-well Black/Clear and White/Clear Bottom Polystyrene Microplates | Corning | Cat#3603 | |
ImageJ | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/ ; RRID: SCR_003070 | |
FIJI (Fiji is Just ImageJ) | NIH | http://fiji.sc/ ; RRID: SCR_002285 | |
Odyssey CLx imaging system | Li-COR Biosciences |